Einfluss der organischen Bodensubstanz auf das Schicksal organischer Schadstoffe und die Abundanz, Diversität und Aktivität von Mikroorganismen-Gemeinschaften in Böden und Boden-Mikrokompartimenten

Neumann, Dominik

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der organischen Bodensubstanz und unterschiedlicher Korngrößenfraktionen auf die Abundanz und Vielfalt der im Boden lebenden Mikroorganismen, die Verteilung von zugesetzten organischen Schadstoffen und deren Abbau in Langzeit-Düngungsvarianten eines landwirtschaftlichen Bodens charakterisiert. Verglichen wurden drei Varianten einer Löß-Schwarzerde, in der sich unterschiedliche organische Kohlenstoff (C org)-Gehalte eingestellt hatten. Zur Auftrennung in die typischen Partikelgrößen Sand, Grobschluff, Feinschluff und Ton wurde eine auf Ultrabeschallung basierende Feuchtsiebe-Technik angewendet. Die mikrobielle Biomasse und DNA blieben bei dieser in den Fraktionen nahezu vollständig erhalten. Zur Charakterisierung der Mikroorganismen-Gemeinschaften wurden die Populationsgrößen und die Diversität der Bacteria, Archaea und Fungi über kultivierungsunabhängige Methoden quantitativ mit qPCR und in ihrer Vielfalt mit der T RFLP Technik bestimmt. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich die mikrobielle Biomasse in Folge der unterschiedlichen Langzeitdüngungen in den Bodenvarianten erhöhte und mit den ansteigenden C org-Gehalten korrelierte. Der Anstieg war auf eine Zunahme der Bakterien, Archaeen und Pilze zurückzuführen. Auch die Vielfalt dieser drei Mikroorganismen-Gruppen wurde durch die C org-Gehalte beeinflusst. Das Schicksal von organischen Schadstoffen in den Böden wurde anhand von zwei mikrobiell abbaubaren Substanzen (Phenol und 2,4 Dichlorphenol) untersucht. Ihr Sorptionsverhalten, ihre mikrobielle Abbaurate und ihre Verteilung auf die Korngrößenfraktionen wurden ermittelt. Die am Schadstoff Abbau beteiligten Mikroorganismen wurden anhand von 13C-Inkubationsexperimenten über Stable Isotope probing (SIP) kombiniert mit SSCP-Fingerprinting und DNA-Sequenzierung charakterisiert. In Abhängigkeit vom C org-Gehalt zeigten sich hierbei quantitative und qualitative Unterschiede zwischen den Mikroorganismen in den Bodenvarianten.

This study characterized the influence of soil organic matter and different particle size fractions on the abundance and diversity of soil microorganisms, the partitioning of applied organic pollutants and their microbial degradation in long-term fertilized variants of an agricultural soil. Three variants of a haplic chernozem (Loess Black Earth) were compared to each other. These variants had different but stable soil organic carbon (C org) contents. A wet sieving method based on sonication was applied for fractionating the soil variants into four particle size classes, i. e. sand, coarse silt, fine silt and clay, respectively. The microbial biomass and DNA could almost completely be sustained. For the characterization of the soil microbial community the specific population size and diversity of Bacteria, Archaea and Fungi were measured quantitatively by qPCR and qualitatively using the T RFLP technique. Results showed that different fertilization treatments resulted in an increase of the biomass in the soil variants. The biomass correlated with the C org contents, which also increased in soil variants with higher fertilizer inputs. This increase could be attributed to an increase of the bacteria, archaea and fungi, respectively. The diversity of these microbial groups was also influenced by the different C org contents. The fate of organic pollutants in the soil was analyzed using two microbial degradable substances (phenol and 2,4-dichlorophenol). Their concentration-dependent sorption behavior, their microbial degradation rate and their partitioning to the particle size fractions were followed using the corresponding 14C-labeled compounds. The microbial degradation of both pollutants was analyzed by stable isotope probing (SIP) in combination with SSCP fingerprinting and DNA sequencing after 13C-incubation experiments. Results revealed C org dependent quantitative and qualitative differences between the pollutant-degrading microorganisms in the soil variants.

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Neumann, Dominik: Einfluss der organischen Bodensubstanz auf das Schicksal organischer Schadstoffe und die Abundanz, Diversität und Aktivität von Mikroorganismen-Gemeinschaften in Böden und Boden-Mikrokompartimenten. 2012.

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